JP3366309B2 - 小型非線形磁心 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】スイッチング電源等の電力変
換装置の搭載部品である直流重畳特性を有する小型チョ
ークコイル用磁心に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】各種電子機器の効率改善が進み、スイッ
チング電源等の電力変換装置についても大きさに関係な
く改善が行われている。電源の効率改善として良く知ら
れているものに、直流重畳特性が非線形のチョークコイ
ルを用いるものがある。この非線形チョークコイルは、
微少電流時に高インダクタンス値、定格電流時に所定イ
ンダクタンス値を発生するものであり、その直流重畳特
性波形よりスイングチョーク、Ｌ字チョークとも呼ばれ
ている。 【０００３】非線形チョークコイルが必要とされる理由
は、無負荷時であっても電源を常に駆動させておくこと
で、過電圧、異常発振等を防止でき、そのために電源出
力側近くにブリーダ抵抗と呼ばれる電力消費抵抗を実装
して電源内に待機電流を通電させ常に動作させている。
この時、出力側チョークコイルのインダクタンス値が十
分大きければ、ブリーダ抵抗の低抵抗化、待機電流の低
減化がはかれ無負荷時の電源消費電力を減少させること
ができる。 【０００４】上記非線形チョークコイル用磁心は数々の
発明がなされており、代表的なものを図６に示した。Ｅ
型磁心５１とＩ型磁心５２を用いるもので、非線形特性
を得るためにＥ型磁心５１の中脚先端に段部５４を設
け、Ｅ型磁心５１とＩ型磁心５２を組み合わせた時、中
脚先端５３はＥＩ型磁心の閉磁路を構成し、中脚段部５
４はＥＩ型磁心の開磁路を構成する。このＥＩ型磁心に
巻回するコイル（図示せず）を流れる電流が微少な場
合、中脚先端５３を磁路として高インダクタンス値が得
られ、電流が増すにつれ中脚先端５３を磁路とする磁束
が磁気飽和を起こし、インダクタンス値は急激に減少す
るが、中脚段部５４を磁路とする磁束は、ギャップによ
り磁気飽和が大変緩やかで所定電流に対して必要とする
インダクタンス値を発生することができる。 【０００５】図７が前記作用を示したもので、波形６１
が中脚先端５３を磁路とする磁束により発生するインダ
クタンス、波形６２が中脚段部５４を磁路とする磁束に
より発生するインダクタンスであり、図６のＥＩ型磁心
全体の特性としては前記波形を合成した波形６３とな
り、直流電流に対して非線形のＬ字状の特性を示す。こ
の非線形特性を得るための方法としては、図６の他に磁
心中脚に複数の段を設ける、中脚先端を斜め切欠する等
の手段により実施されている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記のＥＩ型磁心は、
ごく一般的な磁心形状で、安価に供給されているもので
あるが、これらを用いて非線形磁心を作製する場合、特
別な砥石形状により非線形特性を得る切削加工を施すの
で価格が割高になり、さらに磁心形状が小型になるほど
加工代が割高となり、これらを用いたチョークコイルの
価格を高騰させている。 【０００７】本発明は以上のことを解決すべく、磁心成
型のみで非線形特性を得られる小型非線形磁心を提供す
る。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、１組の磁心を
組み合わせてなる非線形の直流重畳特性を有す磁心にお
いて、１面を下方に開口する箱型磁心は対称な側面位置
に切欠部を有し、各側板を結ぶ箱内上板の中央には側板
長さに比べ十分短い凸部を有し、前記箱型磁心に組み合
う磁心は、扁平状底板の中央より磁脚が立設するＴ字型
磁心であって、該Ｔ字型磁心の磁脚先端断面積に比べ箱
型磁心の箱内凸部の先端断面積は小さく、かつ箱型磁心
の箱内凸部はＴ字型磁心中脚と対向する小型非線形磁心
である。 【０００９】 【発明の実施の形態】本発明の非線形磁心は、小型化を
第一の目的として磁心形状を検討した。従来の磁心のよ
うに一方向に延伸する形状では小型形状とするのに十分
な磁路断面積を稼ぐことができず、コイル取付部の磁脚
以外の磁心部分を薄肉とするポット型として磁心の小型
化をはかった。また小型化のもう一点として、ボビンレ
スとして磁心磁脚にコイルを直巻できるように、前記ポ
ット型磁心を構成する一方をＴ字型磁心としてコイルの
自動巻に対応した磁心形状とした。 【００１０】図１及び図２を用いて本発明の実施形態を
説明する。図１は本発明の非線形磁心の分解斜視図であ
る。図２は本発明の非線形磁心を用いたチョークコイル
の断面図である。本発明の磁心は、Ｔ字型磁心１１と箱
型磁心１５を組み合わせてなり、Ｔ字型磁心１１は、扁
平な底板１２のほぼ中央に磁脚１３を有し、底板１２の
対称側面に切欠部１４を施したものである。Ｔ字型磁心
１１に組み合う箱型磁心１５は、上板１６より側板１７
が立設し、対称な位置の側板１７に切欠部１９を設け
た。また、上板１６内面上に側板１７より十分短くＴ字
型磁心１１の磁脚１３より小さな先端断面積の凸部１８
を設けている。なお、箱型磁心１５の側板１７の切欠部
１９とＴ字型磁心１１の底板１２の切欠部１４は、コイ
ルの端末導出及び端子付ベースとの係合に用いる。 【００１１】本発明の磁心は、Ｔ字型磁心１１と箱型磁
心１５でポット形状を構成するものであり、コイル２１
に流れる電流により、微少電流時は箱型磁心１５の凸部
１８を磁路とする磁束が発生して高インダクタンス値が
得られ、電流が大きくなれば箱型磁心１５の凸部１８に
対向しないＴ字型磁心１１の磁脚１３の先端部を磁路と
する磁束がギャップ２０を介するインダクタンス値を発
生させている。本発明は図２の断面図の通り、Ｔ字型磁
心１１の磁脚１３に直接コイル２１を巻回するボビンレ
スとして、磁心形状に影響したボビン寸法を削減でき
る。また、直流重畳特性の非線形特性を得るためのパー
ツを箱型磁心１５に設けて磁心の成型性を向上させた。
これは、磁心を成型する金型において、非線形特性を得
るためのパーツを何処に設けるかにより、磁心の成型
性、価格、漏れ磁束等が多大な影響を及ぼし、そのため
に本願発明者は、外部素子への漏れ磁束の影響を考慮し
て、コイル巻回軸である磁心の磁脚部分に設けること、
またＴ字型磁心１１の磁脚１３よりも大きな面積を持つ
箱型磁心１５の上板１６に設けることで成型金型の価格
を抑え、成型時の欠け等の不良が削減し、安価な非線形
磁心を得ることができる。さらに、本発明の磁心構造で
は、コイル巻枠外にギャップ部を設け漏れ磁束のコイル
への影響を低減し、かつ、ギャップ部の漏れ磁束がポッ
ト型磁心内での発生とし外部への漏れ磁束を小さくし、
磁心効率を向上させることができる。 【００１２】 【実施例】上記で説明した磁心を用いて図３に示すチョ
ークコイルを作製した。図３は本発明の非線形磁心を用
いたチョークコイルである。磁心は、抵抗率の高いＮｉ
系フェライトを使用し、Ｔ字型磁心１１は底板１２を□
６．７×０．９（ｍｍ）、磁脚１３を□３．３×１．６
５（ｍｍ）とした。箱型磁心１５は外形□８．０×３．
２（ｍｍ）、内形はＴ字型磁心１１を収納できる寸法と
し、箱型磁芯１５内の上板１６の凸部１８はφ１．４×
０．２４（ｍｍ）とした。コイル２１は、φ０．２ｍｍ
の融着銅線を２０ターンＴ字型磁心１１の磁脚１３に直
巻した後、Ｔ字型磁心１１の下面に取り付けたベース２
２の端子２３に配線した。 【００１３】図４は、上記で作製したチョークコイルの
直流重畳特性を示したもので、磁脚１３と凸部１８対向
部のギャップ長を変化させて１０ｋＨｚにおける直流重
畳をＬＣＲメーター（４２８４Ａ、４２８４１Ａ 共に
日本ＨＰ製）にて測定した。 【００１４】第１の実施例ではギャップ長５０μｍまで
非線形特性を得ることができた。ギャップ長は、Ｔ字型
磁心１１の磁脚を研削することで調整でき、従来必要と
された専用の砥石は必要なく、平面研削装置で加工でき
るため安価で量産に適した非線形磁心が供給可能であ
る。また、箱型磁心１５の凸部１８の断面積を大きくす
れば、微少電流時のインダクタンス値を高くすることが
でき、小さくすれば所定電流時のインダクタンス値を高
くすることができる。 【００１５】第２の実施例として、図５に円形の非線形
磁心を示す。Ｔ字型磁心３１は底板３２の中央に磁脚３
３を有し、このＴ字型磁心３１と組み合う箱型磁心３５
の上板３６の内面上に、非線形特性を得るための凸部３
８を有し、該凸部３８は箱型磁心３５の側板３７より十
分短く、Ｔ字型磁心３１の磁脚３３より小さい先端断面
積を有す。この非線形磁心は、コイル巻回部であるＴ字
型磁心３１の磁脚３３を円柱状としたことで、第１実施
例に用いた四角形の磁脚に比べ、コイル巻回作業性に優
れ、エッジ部がないために磁心に直巻する銅線の皮膜破
壊、断線発生率を大変低いものとする。 【００１６】 【発明の効果】本発明の磁心は、直流重畳の非線形特性
を有す磁心の小型化を可能し、磁心成型性の向上、研削
加工の容易化、コイル直巻によるボビンレスなどにより
非線形磁心並びに該磁心を用いたチョークコイルを安価
に供給可能とすることができる。また、磁心のギャップ
からの漏れ磁束を外部及びコイルへの影響を低減できる
ことより、チョークコイルとしての効率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の非線形磁心の第１の実施例 【図２】本発明の非線形磁心を用いたチョークコイルの
断面図 【図３】本発明の非線形磁心を用いたチョークコイルの
斜視図 【図４】本発明の非線形磁心を用いたチョークコイルの
直流重畳特性図 【図５】本発明の非線形磁心の第２の実施例 【図６】従来の非線形磁心 【図７】非線形磁心の直流重畳特性図 【符号の説明】 １１ Ｔ字型磁心 １２ 底板 １３ 磁脚 １４ 切欠部 １５ 箱型磁心 １６ 上板 １７ 側板 １８ 凸部 １９ 切欠部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 １組の磁心を組み合わせてなる非線形の
   直流重畳特性を有す磁心において、１面を下方に開口す
   る箱型磁心は対称な側面位置に切欠部を有し、各側板を
   結ぶ箱内上板の中央には側板長さに比べ十分短い凸部を
   有し、前記箱型磁心に組み合う磁心は、扁平状底板の中
   央より磁脚が立設するＴ字型磁心であって、該Ｔ字型磁
   心の磁脚先端断面積に比べ箱型磁心の箱内凸部の先端断
   面積は小さく、かつ箱型磁心の箱内凸部はＴ字型磁心中
   脚と対向することを特徴とする小型非線形磁心。